12月19日一大早，河北龍鳳山新材料科技集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“龍鳳山集團(tuán)”）純鐵市場(chǎng)服務(wù)部部長(zhǎng)孫學(xué)銘就接到廣東一家新能源材料上市公司的新訂單。

“客戶訂貨量大，時(shí)間也催得緊，這陣子又要組織加班加點(diǎn)趕訂單了。”嘴上喊著辛苦，但他心里美滋滋的。

龍鳳山集團(tuán)是河北武安市一家生產(chǎn)鐵基材料的龍頭企業(yè)，20多年來(lái)一直致力于生鐵和純鐵的純化。

生鐵和純鐵都是制造業(yè)的重要基礎(chǔ)材料。近些年，隨著制造業(yè)不斷升級(jí)，龍鳳山集團(tuán)生產(chǎn)的高純生鐵、高純鐵和超純鐵產(chǎn)品已經(jīng)成為高端裝備制造與戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)必不可少的高端鐵基材料。

“在航天、核電、深海裝備及半導(dǎo)體、超導(dǎo)體等領(lǐng)域，我們的產(chǎn)品憑借極低的雜質(zhì)含量，既保證極端工況下構(gòu)件的穩(wěn)定性，又能滿足精密制造對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)均勻性的嚴(yán)苛要求?！饼堷P山集團(tuán)董事長(zhǎng)白居秉介紹，目前企業(yè)最新的超純鐵產(chǎn)品純度達(dá)到99.9992%，每克售價(jià)數(shù)百元，堪比黃金。

龍鳳山集團(tuán)廠區(qū)。受訪單位供圖

精冶提純 “三精法”煉就“爭(zhēng)氣鐵”

如果把鐵材料的不斷純化比作一次次的向上攀登，那么龍鳳山集團(tuán)登山的第一步，始于鑄造用生鐵。

普通生鐵以硬度強(qiáng)而著稱，但因?yàn)榇嘈愿摺⒁赘g的缺陷，只能用于鑄造生活器具，高純生鐵則因?yàn)閺浹a(bǔ)了上述短板而受到高端裝備制造業(yè)的青睞。

制造高純生鐵的關(guān)鍵，在于調(diào)整元素比例。剛出爐的生鐵鐵水，鐵元素含量約93%至95%，其余為多種伴生元素，保留必要的碳、硅以提升鑄造性能，盡可能降低或剔除錳、磷、硫等元素和其余雜質(zhì)，以提升鑄件的球化率、抗腐蝕、耐極端溫度等性能。

聽(tīng)著像是簡(jiǎn)單的加減法，實(shí)施起來(lái)，可就難了。因此，我國(guó)高端裝備所用的高純生鐵長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴不說(shuō)，還常因斷供被“卡脖子”。

“難就難在高端裝備對(duì)材料的純度要求極高，生鐵中哪怕僅含幾十萬(wàn)分之一的雜質(zhì)，也可能造成重大裝備在極端工況下的斷裂或失效?！卑拙颖f(shuō)。

沒(méi)有成熟的工藝可循，只能憑借多年積累的經(jīng)驗(yàn)摸索“土辦法”，一支攻關(guān)團(tuán)隊(duì)悄然集結(jié)。誰(shuí)也沒(méi)想到，這個(gè)最初不被看好的團(tuán)隊(duì)，幾年后竟研發(fā)出獨(dú)特的“三精法”工藝。

“精料”，以鐵精粉潤(rùn)磨工藝和兩次配料混料技術(shù)，將部分有害雜質(zhì)阻擋在高爐冶煉環(huán)節(jié)之外。

“精煉”，就是在高爐冶煉中去除雜質(zhì)。團(tuán)隊(duì)日夜調(diào)試，探索出高堿度、高鼓風(fēng)動(dòng)能、高風(fēng)溫的辦法，讓紅熱的鐵水更加純凈。

最艱難的是“精處理”，團(tuán)隊(duì)嘗試用弱氧化脫硅技術(shù)和弱氧化脫磷技術(shù)，像做手術(shù)一樣剔除剩余雜質(zhì)。

歷經(jīng)數(shù)百次試驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)終于摸透各種元素的“性格”，打通了工藝路線。

2010年4月，第一爐高純生鐵澆鑄成錠，經(jīng)檢測(cè)全部達(dá)標(biāo)。

“該產(chǎn)品是鑄造行業(yè)急需的、具有優(yōu)異性能和特殊功能的鐵基新材料，主要技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外，整體技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先?！敝袊?guó)鑄造協(xié)會(huì)專家在鑒定中寫(xiě)道。

鑒定現(xiàn)場(chǎng)，一位老專家激動(dòng)地拉著白居秉的手說(shuō)：“你們給中國(guó)鑄造煉出了‘爭(zhēng)氣鐵’！”

團(tuán)隊(duì)再接再厲，2017年5月成功研制出更高純度的超高純生鐵，攀登之路再次進(jìn)階。

如今，龍鳳山集團(tuán)的高純生鐵、超高純生鐵在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的占有率穩(wěn)居第一，中國(guó)船舶、中國(guó)中車等知名企業(yè)都成為他們的長(zhǎng)期客戶。

龍鳳山集團(tuán)技術(shù)專家在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試超純鐵。受訪單位供圖

火法超純 破解脫磷脫硫“相克”局

如果說(shuō)煉生鐵是做元素加減運(yùn)算，那生產(chǎn)純鐵就是專注做減法——力爭(zhēng)減去除鐵之外的所有元素，打造最純粹的鐵。

優(yōu)質(zhì)的高純鐵憑借其優(yōu)異的電磁屏蔽、耐腐蝕和抗輻照性能，成為航空軸承鋼、5G通信基站、核反應(yīng)堆壓力容器等前沿領(lǐng)域的核心材料。

然而，直到2023年底，高純鐵量產(chǎn)技術(shù)一直被日本、德國(guó)、美國(guó)長(zhǎng)期壟斷。

“日、德、美采用的是電解制備技術(shù)，產(chǎn)量小且成本高，我們能不能另辟蹊徑？”白居秉和他的團(tuán)隊(duì)不服輸，憑借以往經(jīng)驗(yàn)，他們決定創(chuàng)新性地采用火法冶金研發(fā)高純鐵。

創(chuàng)新離不開(kāi)“外腦”。2019年6月，龍鳳山集團(tuán)與上海大學(xué)簽約，共同向高純鐵進(jìn)軍。

“創(chuàng)新談何容易？火法冶金雖有產(chǎn)量高、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但難度系數(shù)比電解法高出好幾個(gè)等級(jí)。”龍鳳山集團(tuán)常務(wù)副總經(jīng)理李建民說(shuō)。

首先就面臨一個(gè)看似不可破解的“死局”——脫磷需要氧參與，脫硫則完全排斥氧，兩個(gè)環(huán)節(jié)相互沖突。更難的是，脫磷也要把氧控制在一定比例，并非越多越好。

無(wú)數(shù)次“頭腦風(fēng)暴”后，工作人員腦洞大開(kāi)：“能不能采取多種技術(shù)手段組合的方式，創(chuàng)新工藝流程？”

就這樣，各種嘗試后，一套獨(dú)特的“馭氧術(shù)”誕生了。按照這個(gè)方法，高爐中的氧含量能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)精確控制。

2021年，團(tuán)隊(duì)首次制備出純度達(dá)到99.97%的高純鐵，這也是國(guó)內(nèi)第一例。

2024年1月，全球首條火法冶金高純鐵生產(chǎn)線在龍鳳山集團(tuán)貫通，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量80萬(wàn)噸。

“我們火法冶金的成本比電解法低60%，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力極強(qiáng)?！卑拙颖孕诺卣f(shuō)，“生產(chǎn)線投產(chǎn)后，中國(guó)高端制造業(yè)對(duì)進(jìn)口高純鐵的依賴度大幅降低。公司產(chǎn)品還出口到韓國(guó)、瑞典、美國(guó)等國(guó)家，總銷售額已達(dá)20多億元，‘爭(zhēng)氣鐵’升級(jí)成了‘王牌鐵’?！?/p>

龍鳳山集團(tuán)生產(chǎn)的超純鐵產(chǎn)品。受訪單位供圖

真空至純 區(qū)熔爐里摘取“純凈之冠”

攀登的腳步?jīng)]有停歇，站上高純鐵的高峰后，龍鳳山集團(tuán)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)又立下更高的目標(biāo)——挑戰(zhàn)純度超過(guò)99.995%的超純鐵。

“超純鐵是目前人類能工業(yè)化生產(chǎn)的最純凈的鐵?！汀摺m一字之差，但去雜質(zhì)的工作量卻飆升10倍，工藝復(fù)雜度更是指數(shù)級(jí)增加?！鄙虾４髮W(xué)材料學(xué)院原院長(zhǎng)董瀚說(shuō)，制造光刻機(jī)、航天器導(dǎo)航設(shè)備等發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力必備的尖端裝備，都離不開(kāi)超純鐵，“拿下超純鐵，就相當(dāng)于在元素的星河里，捕獲了最純凈的那一顆?！?/p>

沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)可資借鑒，唯一的突破辦法就是自力更生。

與生產(chǎn)高純鐵的火法體系不同，超純鐵要以高純鐵為原料，在真空中制造。團(tuán)隊(duì)克服了密封、加熱、冷卻等十幾項(xiàng)難題，硬生生造出了國(guó)內(nèi)首臺(tái)超純鐵生產(chǎn)設(shè)備——超高真空區(qū)熔爐。

先在真空中將高純鐵加熱到固液共存狀態(tài)，再利用元素溶解度差異，將雜質(zhì)元素驅(qū)除出純鐵區(qū)域，得到超純鐵。

原理高深，實(shí)踐更難。每個(gè)參數(shù)都影響成敗，團(tuán)隊(duì)反復(fù)調(diào)試。

“有一次，純度莫名下降0.001%。鼓搗了半個(gè)多月才弄明白，是銅元素附著在儀表探頭上導(dǎo)致出現(xiàn)誤差?！崩罱窀锌m有20多年冶金經(jīng)驗(yàn)，但每前進(jìn)一步都非常艱難。

2024年4月，第一根超純鐵樣品出爐，純度達(dá)到了驚人的99.9992%！

趁著熱乎勁兒，團(tuán)隊(duì)把技術(shù)轉(zhuǎn)化到規(guī)模生產(chǎn)，建立了國(guó)內(nèi)首個(gè)10公斤級(jí)超純鐵真空區(qū)熔生產(chǎn)線。

“我國(guó)高端鐵基材料被‘卡脖子’已成為歷史！”2025年1月，中國(guó)工程院院士干勇在成果評(píng)價(jià)會(huì)上興奮地宣布：“龍鳳山集團(tuán)的高純鐵、超純鐵生產(chǎn)裝備與產(chǎn)品技術(shù)，整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平?！?/p>

2024年11月，龍鳳山集團(tuán)與上海大學(xué)等單位共同組織專業(yè)性高端論壇。受訪單位供圖

2025年8月，《高超純鐵的生產(chǎn)裝備與技術(shù)開(kāi)發(fā)》項(xiàng)目獲中國(guó)冶金科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)；12月，企業(yè)入選工信部第九批制造業(yè)單項(xiàng)冠軍企業(yè)名單。

“這塊鐵在我眼里比黃金更珍貴。”手持銀白色超純鐵樣品，白居秉心潮澎湃，“雖然不少同行認(rèn)為，我們?cè)阼F基材料領(lǐng)域的成就已經(jīng)‘登頂’，但我們深知，鐵材料提純之路沒(méi)有最高，只有更高，新的目標(biāo)就在前方，唯有不斷突破！”（長(zhǎng)城網(wǎng)·冀云客戶端記者 于軍濤 袁立朋）